KR20080056157A

KR20080056157A - Method and apparatus for controlling electric arc welding operations by adjusting a plurality of welding parameters by monitoring a plurality of fume concentrations

Info

Publication number: KR20080056157A
Application number: KR1020087005664A
Authority: KR
Inventors: 존 더피
Original assignee: 더 비오씨 그룹 피엘씨
Priority date: 2005-09-09
Filing date: 2006-09-05
Publication date: 2008-06-20
Also published as: WO2007029033A1; AU2006288864A1; EP1943047A1; GB0518458D0; JP2009507645A; US20090065489A1

Abstract

본 출원은 반자동 또는 자동 전기 아크 용접 작업을 제어하기 위한 방법과 장치에 관한 것이며, 복수의 흄 성분들의 아크로부터 떨어진 분위기에서의 농도는 여러 센서들(48, 52, 54, 56, 58, 60)의 사용을 통해 감시된다. 제어 신호는 제어 신호에 응답하는 복수의 동작 파라미터를 조정하기 위해 프로그램된 적어도 하나의 공정 제어 수단(62)으로 공급되거나 전송된다.The present application relates to a method and apparatus for controlling a semi-automatic or automatic electric arc welding operation, wherein the concentration in an atmosphere away from the arc of a plurality of fume components is determined by various sensors 48, 52, 54, 56, 58, 60. Is monitored through its use. The control signal is supplied or transmitted to at least one process control means 62 programmed to adjust a plurality of operating parameters in response to the control signal.

Description

TECHNICAL AND APPARATUS OF CONTROLLING AN ELECTRIC ARC WELDING OPERATION BY ADJUSTING A PLURALITY OF WELDING PARAMETERS THROUGH THE MONITORING OF THE CONCENTRATION OF PLURALITY OF FUME COMPONENTS}

본 발명은 반자동 또는 자동 전기 아크 용접 작업을 제어하기 위한 장치와 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and a method for controlling a semi-automatic or automatic electric arc welding operation.

전기 아크 용접은 전극 또는 용접 금속을 제공하는 충전재(filler material)를 녹이는데 필요한 열을 발생시키는 전기 아크를 이용하는 공지된 산업 작업이다. 반자동 혹은 자동 전기 아크 용접에서 전극 혹은 충전재는 아크에 계속하여 공급되는 와이어 코일의 형태를 취한다. 일반적으로 금속 불활성 가스(MIG) 용접이라 불리는 가스 금속 아크 용접(GMAW;Gas Metal Arc Welding)은 연속적인 와이어 전극과 불활성 차폐 가스를 공급하는 용접총 혹은 토치(torch)를 이용하는 용접의 일 유형이다. 와이어는 일반적으로 0.7mm에서 1.6mm 범위 내의 직경을 갖는다. 용접을 오염시키는 분위기 속의 질소와 산소에 대해 보호하기 위해 강철을 용접하는 경우, 아크 주변에 공급되는 불활성 차폐 가스는 추가적으로 헬륨을 포함할 수 있을지라도 보통 아르곤과 이산화탄소의 혼합물을 포함한다. 전형적으로 일정한 전압 용접 파워 서플라이가 사용되어 전극과 작업체 단부 사이에서 일어나는 아크와 함께 용접 전극에 필요한 전류를 공급한다. 또 다른 반자동 혹은 자동 전기 아크 용접 공정은 외부로 공급된 차폐 가스에 대한 수요를 일반적으로 제거하는 성분을 갖는 용접 플럭스로 가득찬 중공 와이어(hollow wire)를 사용하는 플럭스가 함유된 아크 용접(FCAW;Flux-Cored Arc Welding)이다. 반자동 혹은 자동 아크 용접 공정의 다른 형태는 일반적으로 텅스턴 불활성 가스(TIG) 용접으로 알려진 가스 텅스턴 아크 용접(GTAW)이다. 이 공정에서 비소모성 텅스텐 전극이 사용되고 전기 아크가 이 전극과 작업체 사이에 일어난다. 충전재로 알려진 용접 와이어는 용접 아크에 계속해서 공급될 수도 있다. 일정한 전류 용접 파워 서플라이는 필요한 아크가 생길 수 있도록 전형적으로 사용된다. 아르곤과 같은 차폐가스가 아크에서 이온화되어 플라즈마를 형성하는 데 사용된다.Electric arc welding is a known industrial operation that uses an electric arc to generate the heat required to melt the filler material providing the electrode or weld metal. In semi-automatic or automatic electric arc welding, the electrode or filler takes the form of a wire coil which is fed continuously to the arc. Gas Metal Arc Welding (GMAW), commonly referred to as metal inert gas (MIG) welding, is a type of welding that uses a welding gun or torch to supply a continuous wire electrode and an inert shielding gas. The wire generally has a diameter in the range of 0.7 mm to 1.6 mm. When welding steel to protect against nitrogen and oxygen in an atmosphere that contaminates the welding, the inert shielding gas supplied around the arc usually contains a mixture of argon and carbon dioxide, although it may additionally contain helium. Typically a constant voltage welding power supply is used to supply the required current to the welding electrode with an arc occurring between the electrode and the work end. Another semi-automatic or automatic electric arc welding process includes flux-containing arc welding (FCAW) using hollow wires filled with welding flux that generally has a component that eliminates the need for an externally supplied shielding gas; Flux-Cored Arc Welding). Another form of semi-automatic or automatic arc welding process is gas tungsten arc welding (GTAW), commonly known as tungsten inert gas (TIG) welding. In this process a non-consumable tungsten electrode is used and an electric arc occurs between the electrode and the workpiece. Welding wire, also known as filler, may be continuously supplied to the welding arc. Constant current welding power supplies are typically used to produce the required arc. Shielding gases, such as argon, are ionized in the arc and used to form plasma.

각각의 특정 용접 공정에는 용접 전류, 아크 전압, 차폐 가스 흐름 레이트, 와이어 공급 속도와 용접 공정 부근으로부터의 가스 추출율을 포함하여 다수의 공정 변수들이 있다. 차폐 가스의 특정 성분이나 전기 파워 서플라이를 위한 특정 웨이브 형태의 특정 조합을 선택함으로써 용접 공정에 영향을 줄 수도 있다. 용접 아크에 무엇이 일어나는지를 감시함으로써 용접 공정을 제어하는 것은 공지되어 있다. GB-A-1 512 850 은 전기 아크내의 분위기를 감시하기 위한 장치와 방법을 개 시한다. 분위기는 흡입 펌프에 의해 아크 부근에서 추출되고 질산화 측정 디바이스로 공급된다. 후자에서 아크 분위기는 오존과 함께 감소된 압력 하에서 반응한다. 장치는 필요한 오존을 생성하는 발생기를 포함한다. 광전자 디바이스는 광학 필터, 곱셈기를 이용하여 산화질소(nitrogen oxide)의 질량 흐름 레이트에 비례하는 강도를 갖는 적외선 방사를 감지한다. 광전자 디바이스는 분위기에서 소망의 질산화 농도를 나타내는 참조 신호와의 비교를 위해 증폭되고 차동 증폭기로 공급되는 전기적 출력 신호를 제공한다. 차동 증폭기로부터의 출력은, 감시되는 산화질소(nitrogen oxide) 농도가 너무 높은 경우 용접 공정을 중지하고 차단 가스의 흐름을 제어하기 위해 사용될 수도 있다.Each particular welding process has a number of process variables, including welding current, arc voltage, shielding gas flow rate, wire feed rate and gas extraction rate from near the welding process. The welding process may also be influenced by selecting specific components of the shielding gas or specific combinations of specific wave shapes for the electrical power supply. It is known to control the welding process by monitoring what happens to the welding arc. GB-A-1 512 850 discloses a device and method for monitoring the atmosphere in an electric arc. The atmosphere is extracted near the arc by a suction pump and fed to the nitrification measuring device. In the latter, the arc atmosphere reacts under reduced pressure with ozone. The apparatus includes a generator that generates the required ozone. Optoelectronic devices use optical filters, multipliers to sense infrared radiation having an intensity proportional to the mass flow rate of nitrogen oxide. The optoelectronic device provides an electrical output signal that is amplified and fed to a differential amplifier for comparison with a reference signal representing the desired nitrification concentration in the atmosphere. The output from the differential amplifier may be used to stop the welding process and control the flow of the blocking gas if the nitrogen oxide concentration monitored is too high.

전기 아크 용접은 기체와 미립자의 성분을 포함하는 흄(fume)을 발생시킨다고 알려져 있다. 이제 아크 용접 흄에 대한 무제한적 노출은 용접자의 건강에 위험할 가능성이 있다고 여겨지고 있다. 적절한 규제를 하는 몇 가지 법률의 조문은 용접 흄에 함유된 물질에 대한 노출에 대한 가이드 라인을 구체화한다. Electric arc welding is known to generate fumes comprising gas and particulate components. It is now believed that unlimited exposure to arc welding fumes poses a risk to the welder's health. The provisions of some legislation with appropriate regulation specify guidelines for exposure to substances contained in welding fumes.

상기 언급된 대로, GB-A-1 512 850은 산화질소 형성을 감시하고 차단 가스 흐름을 조절하는 방법을 제공한다. 그러나 반자동 혹은 자동 아크 용접 공정을 제어하기 위한 개선된 방법과 장치가 필요하다. As mentioned above, GB-A-1 512 850 provides a method for monitoring nitric oxide formation and regulating the blocking gas flow. However, there is a need for improved methods and apparatus for controlling semi-automatic or automatic arc welding processes.

최광의 양태에서, 본 발명은 흄(fume)이 발생되는 곳으로부터 떨어진 곳(예를 들면, 직공에 의해 흡입되는 분위기가 있는 곳)에서 복수의 흄 성분의 분위기에서의 농도를 연속적으로 혹은 반복적으로 감시하는 단계, 감시로부터 제어 신호를 발생시키는 단계, 제어 신호에 응답하여 복수 개의 동작 파라미터를 조정하도록 프로그램된 적어도 하나의 공정 제어 수단으로 제어 신호를 공급하거나 또는 전송하는 단계를 포함하는 흄 발생 산업 작업을 제어하는 방법과 장치를 제공한다.In the broadest aspect, the present invention continuously or repeatedly measures the concentration in an atmosphere of a plurality of fume components at a location away from where a fume is generated (eg, where there is an atmosphere inhaled by a weaver). A fume generating industrial operation comprising monitoring, generating a control signal from the monitoring, supplying or transmitting a control signal to at least one process control means programmed to adjust a plurality of operating parameters in response to the control signal It provides a method and apparatus for controlling.

본 발명에 따른 방법과 발명은 레이져 커팅, 레이져 용접, 및 플레임 커팅을 포함한 많은 다양한 산업 작업 중 하나를 제어하는데 사용될 수 있다. 그러나, 본 발명은 반자동 혹은 자동 아크 용접 공정의 제어에 특히 적합하다.The method and invention according to the present invention can be used to control one of many different industrial operations, including laser cutting, laser welding, and flame cutting. However, the present invention is particularly suitable for the control of semi-automatic or automatic arc welding processes.

본 발명에 따르면, 아크로부터 떨어진 지역에서 복수의 흄 성분의 분위기에서의 농도를 반복적으로 혹은 연속적으로 감시하는 단계, 감시로부터 제어 신호를 발생시키는 단계, 그리고 제어 신호에 응답하여 복수의 동작 파라미터를 조정하도록 프로그램된 적어도 하나의 공정 제어 수단으로 제어 신호를 공급하거나 또는 전송하는 단계를 포함하는 반자동 혹은 자동 전기 아크 용접 작업을 제어하는 방법이 제공된다.According to the invention, the steps of repeatedly or continuously monitoring the concentration in the atmosphere of the plurality of fume components in an area away from the arc, generating a control signal from the monitoring, and adjusting the plurality of operating parameters in response to the control signal A method is provided for controlling a semi-automatic or automatic electric arc welding operation comprising supplying or transmitting a control signal to at least one process control means programmed to.

또한, 본 발명은 복수의 흄 성분의 분위기에서의 농도를 반복적으로 또는 연속적으로 감시하기 위해 아크로부터 떨어진 지역에 배치된 복수의 센서, 제어 신호를 발생시키기 위해 센서와 연관된 수단, 전기 아크 용접 작업과 연관된 복수 개의 동작 파라미터를 조정하기 위한 적어도 하나의 프로그램 가능한 공정 제어 수단, 상기 공정 제어 수단으로 제어 신호를 공급하거나 또는 전송하는 수단을 포함하는 반자동 혹은 자동 전기 아크 용접 작업을 제어하는 장치를 제공한다.The present invention also provides a plurality of sensors disposed in an area away from the arc to repeatedly or continuously monitor the concentration in the atmosphere of the plurality of fume components, means associated with the sensors to generate control signals, electrical arc welding operations and the like. An apparatus for controlling a semi-automatic or automatic electric arc welding operation comprising at least one programmable process control means for adjusting a plurality of associated operating parameters, and means for supplying or transmitting a control signal to said process control means.

아크로부터 떨어진 곳은 바람직하게는 용접자의 얼굴에 가깝고 같은 높이인 곳이다. 이런 방법으로, 용접 공정은 제어되어 용접자에게 일어나는 위험을 최소화하게 된다. 따라서, 적어도 센서들 중 하나는 용접자가 착용한 헬멧이나 마스크에 부착되어 있을 수 있다.The place away from the arc is preferably near and at the same height as the face of the welder. In this way, the welding process is controlled to minimize the risk to the welder. Thus, at least one of the sensors may be attached to a helmet or mask worn by the welder.

바람직하게는, 감시되는 흄 성분의 농도는 오존과 미립입자의 농도이다. 소망한다면, 다른 기체 흄 성분들이 추가로 혹은 오존에 대한 차선책으로 감시될 수 있다. 이러한 성분들은 산화질소, 아황산가스, 그리고 할로겐을 포함한다. 또, 자외선 방사의 투사(incidence)와 적외선 방사의 투사를 감시하는 것은 바람직하다.Preferably, the concentration of the fume component to be monitored is the concentration of ozone and particulates. If desired, other gaseous fume components may be additionally or monitored as a workaround for ozone. These components include nitric oxide, sulfur dioxide, and halogens. It is also desirable to monitor the incidence of ultraviolet radiation and the projection of infrared radiation.

조정된 동작 파라미터는 차단 가스 레이트, 차단 가스 성분, 와이어 공급 속도, 용접 전류, 아크 전압, 및 아크 부근으로부터의 용접 흄 추출 레이트로부터 선택될 수 있다.The adjusted operating parameters may be selected from the cutoff gas rate, cutoff gas component, wire feed rate, weld current, arc voltage, and weld fume extraction rate from near arc.

선택된 동작 파라미터들은 공정 제어기 안에 일반적으로 프로그램된 참조 값과의 비교를 통해 조정될 수 있다. 발명에 따른 장치는 바람직하게는 선택된 흄 성분들의 감지된 값을 기록할 수 있는 적어도 하나 데이터 기록자(logger)와 참조 값들과 감지된 값 비교하는 수단을 포함한다. The selected operating parameters can be adjusted by comparison with reference values normally programmed into the process controller. The apparatus according to the invention preferably comprises at least one data logger capable of recording the sensed values of the selected fume components and means for comparing the sensed values with reference values.

본 발명에 따른 다른 방법과 장치에서, 복수의 동작 파라미터들을 흄의 상이한 성분의 농도 함수인 복수의 값들과 연관시키는 수학식이 경험적으로 도출될 수 있고, 상기 공정 제어 수단은 그런 수학식에 기초한 알고리즘으로 프로그램 되고, 흄의 선택된 성분의 감지된 농도에 따라 공정 제어 수단이 동작 파라미터의 바람직한 값을 선택하게 한다. In another method and apparatus according to the present invention, an equation can be empirically derived which associates a plurality of operating parameters with a plurality of values which are a function of the concentration of different components of the fume, the process control means being based on such an algorithm. Programmed, the process control means selects the desired value of the operating parameter according to the sensed concentration of the selected component of the fume.

본 발명에 따른 장치는 바람직하게는 적어도 하나의 데이터 변환, 데이터 전송 및/또는 각각의 농도 센서와 연관된 데이터 메모리 장치를 포함한다.The device according to the invention preferably comprises at least one data transformation, data transmission and / or data memory device associated with each concentration sensor.

각각의 농도 센서는 바람직하게는 소망의 파라미터의 순간("실시간") 측정값을 제공하고 또는 파라미터의 누적("통합") 측정값을 제공하는 전기 또는 전자 수단과 동작적으로 연관되어 있다.Each concentration sensor is preferably operatively associated with electrical or electronic means to provide instantaneous (“real time”) measurements of the desired parameters or to provide cumulative (“integrated”) measurements of the parameters.

이하 본 발명에 따른 방법과 장치는 본 발명에 따른 아크 용접 장치의 개략도인 첨부된 도면을 참조하여 실시예에 의해 설명한다.The method and apparatus according to the invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings, which are schematic diagrams of an arc welding apparatus according to the invention.

도면을 참조하면, 기존의 한 종류인 용접 장치는 기체 차단 혼합물의 제 1 구성요소인 소스(2)와 혼합물의 제 2 구성요소인 소스(4)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 2개의 소스(2, 4)는 액체 상태에서 소망의 차단 가스 성분을 포함하는 진공-절연된 용기의 형태를 취한다. 예를 들면, 용기(2)는 액체 아르곤을 포함할 수도 있고 용기(4)는 액체 이산화탄소를 포함할 수 있다. 저장 용기(2)는 증발기(6;vaporizer)와 연관되고, 저장 용기(4)는 증발기(8)와 연관되어 있다. 증발기(6)는 대기 흐름에 노출된 열 교환 코일을 통해 액체 아르곤을 흐르게 하는 것이 바람직하다. 증발기(8)는 전기적으로 열처리된 증발기인 것이 바람직하다. 그 결과 생기는 증발된 아르곤은 증발기(6)로부터 격리 밸브(12)와 흐름 제어 밸브(14)에 연결된 파이프라인(10)으로 흐른다. 유사하게, 증발된 이산화탄소는 증발기(8)로부터 격리 밸브(18)와 흐름 제어 밸브(20)에 연결된 파이프라인(16)을 따라서 흐른다. 흐름 제어 밸브(14, 20)는 패널(24)에 위치한 제어기(22)에 의해 자동으로 작동된다. 밸브 제어기는 각 기체의 흐름 레이트를 제어된 방식으로 조정하기 위하여 밸브로 신호를 전송하여 밸브의 위치를 변화시킨다. 파이프라인(10, 16)이(일반적으로 호스의 길이의 형태인) 공통 파이프라인(26)에서 제어 밸브(14, 20)의 다운스트림과 만나기 때문에, 그 결과로 생기는 가스 혼합물 혹은 그 성분, 혹은 양쪽 모두의 흐름 레이트를 제어된 방식으로 조정하기 위해 제어기(22)가 사용될 수도 있다. Referring to the drawings, a conventional welding device comprises a source 2 which is the first component of the gas barrier mixture and a source 4 which is the second component of the mixture. As shown, the two sources 2, 4 take the form of a vacuum-insulated vessel containing the desired blocking gas component in the liquid state. For example, the vessel 2 may comprise liquid argon and the vessel 4 may comprise liquid carbon dioxide. The storage vessel 2 is associated with an evaporator 6, and the storage vessel 4 is associated with an evaporator 8. The evaporator 6 preferably flows liquid argon through a heat exchange coil exposed to the atmospheric flow. The evaporator 8 is preferably an electrically heat treated evaporator. The resulting evaporated argon flows from the evaporator 6 to the pipeline 10 connected to the isolation valve 12 and the flow control valve 14. Similarly, the evaporated carbon dioxide flows from the evaporator 8 along a pipeline 16 connected to the isolation valve 18 and the flow control valve 20. The flow control valves 14, 20 are automatically actuated by a controller 22 located in the panel 24. The valve controller sends a signal to the valve to change the position of the valve to adjust the flow rate of each gas in a controlled manner. The resulting gas mixture or component thereof, because pipelines 10 and 16 meet downstream of control valves 14 and 20 in common pipeline 26 (generally in the form of hose lengths), or The controller 22 may be used to adjust both flow rates in a controlled manner.

공통 파이프라인(26)은 아크 용접총(28)까지 이어진다. 아크 용접총(28)은 종래의 것일 수도 있다. 용접총(28)의 특징은 선택된 아크 용접 공정이 GMAW 혹은 GTAW인지에 따라 달라진다. 용접총(28)은 역시 종래의 것이며 용접 전압과 용접 전류를 총(28)으로 제공할 수 있는 용접 기계(30)와 동작적으로 연관되어 있다. 또한, 용접 기계(30)는 GMAW 공정에서 전극을 구성하는 용접 와이어를 용접총(28)으로 공급할 수 있는 와이어 공급기(32)를 포함하거나 또는 와이어 공급기(32)로부터 분리되어 있다. 용접 기계(30)와 와이어 공급기(32)는 다른 프로그램가능한 제어기(34)와 동작적으로 연관되어 있다. The common pipeline 26 extends up to the arc weld gun 28. The arc welding gun 28 may be conventional. The characteristics of the weld gun 28 depend on whether the selected arc welding process is GMAW or GTAW. The welding gun 28 is also conventional and is operatively associated with a welding machine 30 that can provide the welding voltage and welding current to the gun 28. In addition, the welding machine 30 includes or is separated from the wire feeder 32 which can supply the welding wire constituting the electrode to the welding gun 28 in the GMAW process. Welding machine 30 and wire feeder 32 are operatively associated with other programmable controller 34.

용접총(28)은 일반적으로 용접공에 의해 당겨져서 용접 절차를 시작할 수 있는 방아쇠(도시안됨)를 갖는다. 방아쇠는 신호를 제어기(22, 34)에 보내서 차단 기체 흐름을 시작할 수도 있고, 와이어 공급기(32)를 구동시킬 수도 있고 용접 전압과 전류를 공급할 수 있다. 아크가 용접 전극(도시안됨)과 용접될 작업체(33) 사이에 생긴다. 그 결과, 용접 와이어 단부가 녹고, 녹은 금속은 응고되어 용접을 형성하는 녹은 용접 금속의 웅덩이로 이동된다. Weld gun 28 generally has a trigger (not shown) that can be pulled by a welder to begin a welding procedure. The trigger may send a signal to the controllers 22 and 34 to start the blocking gas flow, drive the wire feeder 32 and supply a welding voltage and current. An arc occurs between the welding electrode (not shown) and the workpiece 33 to be welded. As a result, the weld wire end melts and the molten metal is moved to a pool of molten weld metal that solidifies to form a weld.

흄 추출 수단의 일부를 형성하는 중공 프로브(40;hollow probe)는 아크 근처에 위치되고, 소정 길이의 유연한 튜브관(42)을 통해 펌프(44) 혹은 아크 부근으로부터 가스를 추출할 수 있는 다른 수단과 통신한다. 펌프는 일반적으로 회전식이다. 회전 속도는 또 다른 프로그램 가능한 제어기(46)에 의해 제어된다. 흄 추출 시스템은 고체 미립자의 제거를 위한 필터(도시 안됨)와 오존 파괴를 위한 자외선(UV:Ultra violet) 램프(도시안됨)를 더 포함할 수도 있다.Hollow probes 40 forming part of the fume extraction means are located near the arc and are capable of extracting gas from the pump 44 or near the arc through a flexible tube tube 42 of predetermined length. Communicate with The pump is generally rotary. Rotational speed is controlled by another programmable controller 46. The fume extraction system may further include a filter (not shown) for the removal of solid particulates and an ultraviolet (UV) lamp (not shown) for ozone depletion.

도면에 도시된 장치는 또한 용접 공정에 관한 정보를 제어기(22, 34, 46)에 공급하기 위해 배치된 다수개의 센서를 포함한다. 센서들은 용접자가 공기를 흡입하기 쉬운 위치에 있는 용접 흄 안의 고체 미립자의 단위 부피당 개수 및/또는 질량을 측정하기 위한 장치(48)를 포함한다. 장치(48)는 일반적으로 미립자에 의한 전자기적 방사의 전면 산란을 측정하는 장치의 형태를 취한다. 자기적 방사의 소스는 레이저가 될 수 있다. 그런 기구들은 상업적으로 이용가능하다. 원한다면, 장치(48)는 용접자의 머리 높이에 위치될 수 있고 및/또는 프로브(40), 튜브(42) 및 펌프(44)를 포함하는 시스템과 유사한 흄 추출 시스템 안에 설치될 수도 있다.The apparatus shown in the figure also includes a plurality of sensors arranged to supply information about the welding process to the controllers 22, 34, 46. The sensors include a device 48 for measuring the number and / or mass per unit volume of solid particulate in the weld fume in a position where the welder is likely to inhale air. Device 48 generally takes the form of a device that measures the front scattering of electromagnetic radiation by particulates. The source of magnetic radiation can be a laser. Such apparatuses are commercially available. If desired, the device 48 may be located at the head height of the welder and / or may be installed in a fume extraction system similar to the system including the probe 40, the tube 42, and the pump 44.

다른 센서들은 도면 부호 50으로 지시되는 용접자의 헬멧에 통합된다. 이 센서들은 오존 센서(52), 자외선 방사 센서(54), 적외선 방사(IR) 센서(56) 및 노이즈 센서(58)를 포함한다. 또한, 오존 이외의 위험한 가스(예를 들면 질화 산화물)들의 농도는 용접자의 헬멧(50)에 통합된 하나 또는 그 이상의 센서들(60)에 의해 감시될 수도 있다. 센서(52, 54, 56, 58, 60)는 모두 헬멧(50)에 제공된 적절한 소켓(도시 안됨)에 꽂힐 수 있는 종류의 것일 수 있다.Other sensors are integrated in the welder's helmet, indicated at 50. These sensors include an ozone sensor 52, an ultraviolet radiation sensor 54, an infrared radiation (IR) sensor 56 and a noise sensor 58. In addition, the concentration of hazardous gases other than ozone (eg, oxide nitride) may be monitored by one or more sensors 60 integrated in the welder's helmet 50. The sensors 52, 54, 56, 58, 60 may all be of a type that can be plugged into a suitable socket (not shown) provided in the helmet 50.

여러 가지 다양한 제어 배열이 가능하다. 예를 들면, 선택된 센서들은 신호를 각각 개별 제어기에게 보낼 수 있다. 제어기는 참조 데이터와 들어오는 신호를 참조 데이터와 비교함으로써 생성된 제어 신호를 이용하여 각각 프로그램될 수 있다. 다른 배열에서, 센서(48, 52, 54, 56, 58, 60) 각각은 프로그램 가능한 제어기(22, 28, 46) 각각과 동작적으로 연관된 중앙 데이터 처리 유닛(62)에 신호를 보낸다. 센서는 신호가 계속해서 혹은 선택된 시간 간격으로 전송될 수 있게 하는 관련된 전기 혹은 전자 회로(도시 안됨)에 제공될 수 있다. 추가적인 회로들은 제공되어 각 감지된 파라미터의 누적 값을 계산할 수 있다. 중앙 데이터 처리 유닛(62)은 하나 혹은 그 이상의 근처 혹은 원격 데이터 디스플레이 유닛(도시 안됨)과 동작적으로 연관될 수 있고 디스플레이 및/또는 다른 처리를 위해 그곳에 정보를 전송할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 일반적으로 용접 기계(30)와 와이어 공급자(32)에 연관되고 중앙 데이터 처리 유닛(62)으로 와이어 공급 속도, 용접 전압 및 용접 전류에 관한 정보를 전송할 수 있는 데이터 기록자(64;data logger)를 포함한다. 중앙 데이터 처리 유닛(62)은 일반적으로 흄의 특정 성분의 농도를 상이한 용접 파라미터의 함수로 표현하고 제어기(22, 28, 46)가 용접 전류, 용접 전압, 와이어 공급 속도, 차단 가스 성분, 차단 가스 레이트 및 흄 추출 흐름 레이트를 조정하여 용접자를 위한 안전한 대기 환경이 도출되게 하는 알고리즘으로 프로그램 된다. Many different control arrangements are possible. For example, selected sensors may each send a signal to an individual controller. The controller may be programmed respectively using the control signal generated by comparing the reference data and the incoming signal with the reference data. In another arrangement, each of the sensors 48, 52, 54, 56, 58, 60 sends a signal to a central data processing unit 62 operatively associated with each of the programmable controllers 22, 28, 46. The sensor may be provided to an associated electrical or electronic circuit (not shown) that allows the signal to be transmitted continuously or at selected time intervals. Additional circuits may be provided to calculate the cumulative value of each sensed parameter. The central data processing unit 62 may be operatively associated with one or more nearby or remote data display units (not shown) and may transmit information there for display and / or other processing. Furthermore, the apparatus according to the invention is generally associated with a welding machine 30 and a wire supplier 32 and a data recorder capable of transmitting information about the wire feed speed, the welding voltage and the welding current to the central data processing unit 62. (64; data logger). The central data processing unit 62 generally represents the concentration of a particular component of the fume as a function of different welding parameters and the controllers 22, 28, 46 allow the welding current, welding voltage, wire feed rate, blocking gas component, blocking gas The algorithm is programmed to adjust the rate and the fume extraction flow rate to produce a safe atmospheric environment for the welder.

여러 다양한 권위자들은 용접 흄에서 특정 위험 물질로의 노출에 대한 최소 레벨에 관한 추천을 한다. 본 발명에 따른 장치는 용접 공정이 이러한 추천들과 부합되는 방식으로 확실히 행해지도록 동작할 수 있다. 중앙 처리 유닛(62)은 일반적으로 임의의 특정 용접자의 노출 내역을 기록할 수 있다. 따라서, 어떤 위험으로의 누적된 노출 수위는 감시될 수 있다. 따라서, 중앙 처리 유닛(62)은 용접 장치가 구동되기 전에 각각 개개의 그의 혹은 그녀의 신원확인을 입력하는 것을 요구하는 소프트웨어를 포함할 수도 있다. 처리 유닛(62)은 또한 어떤 특정 개개의 용접자가 주어진 일정 시간 동안 추천된 레벨을 넘어설 만큼 위험에 노출된 내역을 갖는 경우 용접 장치의 구동을 중지시키도록 프로그램될 수 있다. 또한, 중앙 처리 유닛(62)은 위험한 상황이 만들어진 경우 장치의 구동을 중단시킬 수도 있다.Many different authorities make recommendations regarding the minimum level of exposure to certain dangerous substances in welding fumes. The apparatus according to the invention can be operated so that the welding process is done in a manner consistent with these recommendations. Central processing unit 62 may generally record the exposure history of any particular welder. Thus, the cumulative level of exposure to any risk can be monitored. Thus, the central processing unit 62 may include software which requires each to input his or her identification before the welding device is driven. The processing unit 62 may also be programmed to stop driving the welding device if any particular individual welder has a history of exposure to danger beyond the recommended level for a given period of time. In addition, the central processing unit 62 may stop the operation of the device in the event of a dangerous situation.

본 발명에 따른 장치가 동작하는 방식에는 상당한 융통성이 있을 수 있다. 공정의 동작 파라미터와 흄의 특정 성분의 레벨 간의 관계는 복잡한 것이다. 예를 들면, 아크 용접 전압을 증가시키는 것은 미립자 오염이 형성되는 것을 감소시키는 데 일조할 수 있지만 오존 형성이 증가될 수 있다. 따라서, 동시에 복수의 파라미터를 조절하는 것이 정상일 것이다. 유사하게, 차단 가스 내 이산화탄소 양을 증가시키는 것은 미립자 흄의 형성을 증가시킬 수 있지만 형성된 오존의 양을 감소시킬 수 있다. 다양한 제어 알고리즘은 각각 상대적인 동작 파라미터에 대해 각각 선택된 용접 흄 성분의 농도를 그래프로 그리고, 그 결과를 연관지음으로써 발전될 수도 있다.There may be considerable flexibility in the manner in which the device according to the invention operates. The relationship between the operating parameters of the process and the level of specific components of the fume is complex. For example, increasing the arc welding voltage may help reduce the formation of particulate contamination but may increase ozone formation. Therefore, it would be normal to adjust a plurality of parameters at the same time. Similarly, increasing the amount of carbon dioxide in the blocking gas can increase the formation of particulate fumes but can reduce the amount of ozone formed. Various control algorithms may be developed by graphing the concentrations of each selected weld fume component relative to their relative operating parameters and correlating the results.

본 발명에 따른 방법과 장치는 용접 아크에서 무엇이 발생하느냐에 따른 것이 아닌 용접 흄의 특정 성분에 대한 용접자의 노출에 의존하는 용접 공정의 제어를 최초로 제공하기 때문에 특히 유용하다. 따라서, 용접자가 경험하는 상황들에 맞는 아주 정교한 제어가 가능하다.The method and apparatus according to the invention are particularly useful because they provide the first time control of the welding process, which depends on the welder's exposure to certain components of the welding fume, rather than what happens in the welding arc. Thus, very precise control is possible for the situations experienced by the welder.

Claims

In a method for controlling a semi-automatic or automatic electric arc welding operation,

Repeatedly or continuously monitoring concentrations in an atmosphere of a plurality of fume components in an area away from the arc,

Generating a control signal from the monitoring;

Supplying or transmitting the control signal to at least one process control means programmed to adjust a plurality of operating parameters in response to the control signal.

The method of claim 1,

And said area away from the arc is close to the face of the welder and located at the same height.

The method according to claim 1 or 2,

Electric arc welding operation control method where the concentration of particulates is monitored.

The method according to any one of claims 1 to 3,

Electric arc welding operation control method where the concentration of ozone is monitored.

The method according to any one of claims 1 to 4,

A method of controlling an electric arc welding operation in which the projection angle of ultraviolet radiation is monitored in a selected area.

The method according to any one of claims 1 to 5,

A method of controlling an electric arc welding operation where the incident of infrared radiation is monitored in selected areas.

The method according to any one of claims 1 to 6,

Adjusting the flow rate of the blocking gas.

The method according to any one of claims 1 to 7,

And controlling said shut off gas component.

The method according to any one of claims 1 to 8,

And controlling the wire feed rate.

The method according to any one of claims 1 to 9,

And controlling the welding current.

The method according to any one of claims 1 to 10,

And controlling the arc voltage.

The method according to any one of claims 1 to 11,

Adjusting the welding fume extraction rate from near the arc.

The method according to any one of claims 1 to 12,

The selected operating parameters are adjusted by comparison with a reference value programmed by the process control means.

The method according to any one of claims 1 to 12,

Equation empirically connecting a plurality of operating parameters with a plurality of values, which is a function of concentration of different components of the fume,

The process control means is programmed with an algorithm based on the equation,

And the process control means selects a desired value of the operating parameter in accordance with the sensed concentration of the selected component of the fume.

A device for controlling semi-automatic or automatic electric arc welding operations,

A plurality of sensors disposed in an area away from the arc to repeatedly or continuously monitor the concentration in the atmosphere of the plurality of fume components,

Means associated with the sensor to generate a control signal;

At least one programmable process control means for adjusting a plurality of operating parameters associated with the electric arc welding operation;

Means for supplying or transmitting said control signal to said process control means.

The method of claim 15,

Electric arc welding operation control device, where the selected area is located at the same height, close to the face of the welder.

The method according to claim 15 or 16,

And said plurality of sensors comprises a sensor for monitoring the concentration of particulate fume.

The method according to any one of claims 15 to 17,

And said plurality of sensors comprises a sensor for monitoring the concentration of ozone.

The method according to any one of claims 15 to 18,

Electrical arc welding operation control device comprising means for adjusting the blocking gas flow rate.

The method according to any one of claims 15 to 19,

Electrical arc welding operation control device comprising means for adjusting the blocking gas component.

The method according to any one of claims 15 to 20,

Electric arc welding operation control device comprising means for adjusting the wire feed rate.

The method according to any one of claims 15 to 21,

Electric arc welding operation control device comprising means for adjusting the welding current.

The method according to any one of claims 15 to 22,

Electrical arc welding operation control device comprising means for adjusting the arc voltage.

The method according to any one of claims 15 to 23,

And an electric arc welding operation control device including means for adjusting a welding fume extraction rate from near the arc.

The method according to any one of claims 15 to 24,

At least one data logger capable of recording the sensed values of the selected fume components,

Means for comparing reference values with the sensed values.

The method according to any one of claims 15 to 25,

And each concentration sensor is associated with at least one data conversion, data transfer and / or data memory device.

The method according to any one of claims 15 to 26,

Each concentration sensor is operatively associated with electrical or electronic means for providing instantaneous measurements of desired parameters or for providing cumulative measurements of said parameters.